표제지

목차

요약문 18

ABSTRACT 19

제1장 서론 20

1.1. 연구배경 및 목적 20

1.2. 연구내용 및 범위 21

1.2.1. 연구내용 21

1.2.2. 연구범위 22

제2장 콘크리트 포장 표면처리에 따른 횡방향 떨림 사례조사 및 평가 23

2.1. 다양한 콘크리트 포장 조직과 기능성 23

2.2. 소음진동 발생 메커니즘 28

2.2.1. 소음 가중치 곡선의 이해 28

2.2.2. 차량 주행 시 포장면과의 관련된 진동이론 30

2.3. 콘크리트 포장과 소음 진동 기준 39

2.4. 국외 콘크리트 포장 표면처리 공법 42

2.4.1. 타이닝 공법 42

2.4.2. 골재노출 공법 44

2.4.3. 다이아몬드 그라인딩 공법 46

2.4.4. 버랩 끌기, 횡방향 및 종방향 빗질 및 인조잔디 끌기 47

2.4.5. 칩 스프링클닝 49

2.4.6. 다이아몬드 그루빙 49

2.4.7. 연마작업(원문불량) 50

2.4.8. NGCS(Next Generation Concrete Surface) 공법 51

2.5. 콘크리트 포장 표면처리공법별 소음 및 진동 특성 56

2.5.1. 표면처리공법별 소음 특성 56

2.5.2. 국내외 횡방향 떨림 연구 사례 60

제3장 주행쾌적성 영향인자별 상관관계 도출 및 알고리즘 분석 76

3.1. 영향인자 분석 77

3.1.1. 포장 부분 78

3.1.2. 차량 부분 81

3.1.3. 부분별 영향인자 조합 83

3.2. 상관성 분석 83

3.2.1. 상관성 분석을 위한 이론 정립 84

3.2.2. 부분별 영향인자 조합 86

제4장 횡방향 떨림 원인규명 방법론 정립 88

4.1. 현장조사 88

4.1.1. 횡방향 떨림 측정방법에 관한 이론 고찰 88

4.1.2. 현장조사 측정방법 설정 92

4.1.3. 현장조사 구간 선정 98

4.1.4. 현장조사 및 데이터 수집 103

4.2. 구조해석 106

4.2.1. 구조해석 방법 설정 106

4.2.2. 구조해석 변수 검토 112

제5장 횡방향 떨림 원인 분석 114

5.1. 영향인자별 조합을 통한 구조해석 결과 분석 114

5.2. 현장조사 결과 분석 120

5.2.1. 데이터 분석 방법 121

5.2.2. 데이터 분석 결과 126

5.3. 구조해석과 현장조사 데이터 상관성 분석 131

제6장 주행성 평가 실내시험기 133

6.1. 타이어 성능 시험기 관련 사례조사 133

6.1.1. 슬라이딩 방식 133

6.1.2. 플랫 벨트 방식 135

6.1.3. 드럼 방식 138

6.2. 목표 기능 설정 140

6.2.1. 구동 부분 141

6.2.2. 계측센서 부분 141

6.3. 주행성 평가 실내 시험기 설계 142

6.3.1. 타이어 회전축 및 프레임 142

6.3.2. 플랫 벨트 노면 143

6.3.3. 드럼 노면 144

6.3.4. 계측 센서 146

6.3.5/6.3.4. 최종 설계 147

6.4. 주행성 평가 실내 시험기 제작 150

제7장 종방향 타이닝 최적규격안 도출 155

7.1. 현장조사 155

7.1.1. 노면 규격 및 타이어별 현장조사 155

7.1.2. 추가 현장조사 159

7.1.3. 현장조사 결과 162

7.2. 구조해석 165

7.2.1. 구조해석 변수 및 평가방법 설정 165

7.2.2. 구조해석 결과 166

7.3. 주행성 평가 실내 시험 175

7.3.1. 실내 시험 평가 방법 176

7.3.2. 실내 시험 결과 179

7.4. 최적 규격안 결정 187

제8장 시험시공 및 현장검증 191

8.1. 시험시공 개요 191

8.1.1. 시험시공 개요 191

8.1.2. 시험시공 194

8.2. 시험시공 구간 현장조사 198

8.2.1. 현장조사 개요 198

8.2.2. 현장조사 199

8.3. 시험시공 조사 결과 202

8.3.1. 가속도 측정 결과 202

8.3.2. 소음 측정 결과 204

제9장 결론 207

9.1. 결론 207

9.2. 종방향 타이닝 최적안 및 횡방향 떨림 허용기준 제시 208

참고문헌 211

판권기 216

표 2.1. 타이어 주요 기술별 특허출원 현황(2006~2015) 25

표 2.2. 년도별 타이어 주요 기술 출원 현황(한국, 일본, 미국, 유럽) 26

표 2.3. 헬름홀츠 공명원리 적용 전후 비교표 27

표 2.4. 진동량의 단위 31

표 2.5. 진동 용어 정의 32

표 2.6. 자동차 진동 수 및 진동형태 33

표 2.7. 차량의 진동유발인자 33

표 2.8. 진동수와 승차감의 관계 38

표 2.9. 인체의 공진 주파수 요약 38

표 2.10. 국내 소음 환경 기준(환경정책기본법 제10조) 40

표 2.11. 주파수대역에 따른 가중주파수 α 41

표 2.12. 도로 교통 소음ㆍ진동 규제법 42

표 2.13. 다이아몬드 그루빙 규격 49

표 2.14. 아이오와 테스트구간 표면처리방법 53

표 2.15. 콜로라도 I-70 구간에 적용된 표면 처리 방법 57

표 2.16. 위스콘신주 표면처리 적용 방법 58

표 2.17. 호주 도로(F3)에 적용된 표면처리 방법 59

표 2.18. 그루부 원더링 실험조건 62

표 2.19. 그루부 원더링 평가결과 62

표 2.20. 2륜 바이크 운전자 그룹 64

표 2.21. 속도별 2륜 바이크 동요 64

표 2.22. 배수성 아스팔트 포장의 노면 평탄성 파라메타 74

표 3.1. 국내 콘크리트 포장 거친면 마무리 종류 76

표 3.2. 종방향 타이닝 시공구간 현황(2016년 기준) 77

표 3.3. NGCS 표면처리 공법 시공순서 80

표 3.4. 종방향 타이닝 중심간격 불량 구간 81

표 4.1. 가속도 센서의 신호검출방식에 따른 특성 비교 94

표 4.2. 횡방향 떨림 측정을 위한 3축 가속도 센서 사양(일반형) 95

표 4.3. 횡방향 떨림 측정을 위한 3축 가속도 센서 사양(시트형) 95

표 4.4. 데이터 수집 장치 사양 96

표 4.5. 영상 입력 장치 사양(전방 영상 녹화) 96

표 4.6. 영상 입력 장치 사양(패널 조사 녹화) 96

표 4.7. 위치정보 수집 장치(GPS) 사양 97

표 4.8. 거리 측정기(DMI) 사양 97

표 4.9. 거리 측정기(DMI)의 구성 부품 98

표 4.10. 최근 3년간 횡방향 떨림 민원 접수 개요 99

표 4.11. 상주~영덕선 종방향 타이닝 현장조사구간 100

표 4.12. 평택~제천선 종방향 타이닝 현장조사구간 101

표 4.13. 여주~양평선 종방향 타이닝 현장조사구간 102

표 4.14. 현장 조사 구간 현황표 105

표 4.15. 각 해석 노면의 규격 113

표 5.1. 구조해석 결과 요약 120

표 5.2. 상대비교를 위한 횡방향 떨림 등급 120

표 5.3. 패널 조사를 통한 규격별 횡방향 떨림 판단 등급 120

표 5.4. 공용노선 구간의 데이터 분석 결과 127

표 5.5. 시험시공 구간의 데이터 분석 결과 127

표 5.6. 데이터 분석 결과(전체) 128

표 6.1. Flat-Track Tire Test System(Classic) 성능 제원 138

표 6.2. Tire Tread Wear Simulation System(승용차/소형트럭용) 성능 제원 140

표 6.3. 주행성 평가 장비 적용 센서 및 기능 146

표 6.4. 드럼 및 벨트형식의 장단점 147

표 6.5. 주행성 평가 실내시험기의 주요 부품 구성 148

표 6.6. 시험기 본체의 주요 부품 구성과 기능 151

표 6.7. 개발된 시험기에 활용할 수 있는 주요 차종별 타이어 규격 154

표 7.1. 차종 선정을 위한 대상차량 제원 155

표 7.2. 차종 선정을 위한 선행 조사 결과 156

표 7.3. 현장조사 대상 타이어 선정 157

표 7.4. 현장조사 구간 158

표 7.5. 가속도 데이터 분석을 위한 횡방향 떨림 허용기준 설정 매개변수 159

표 7.6. 현장 조사 구간 159

표 7.7. 단일 차량의 출시 모델에 따른 횡방향 떨림 비교 161

표 7.8. 전체 현장조사 구간 및 데이터 통계 162

표 7.9. 패널 조사 결과 : 전체 횡방향 떨림 발생률 비교 164

표 7.10. 가속도 데이터 결과 : 전체 횡방향 떨림 발생률 비교 164

표 7.11. 구조해석을 위한 타이어 및 노면 변수 165

표 7.12. Tire1의 구조해석 결과 166

표 7.13. Tire2의 구조해석 결과 167

표 7.14. Tire3의 구조해석 결과 168

표 7.15. Tire4의 구조해석 결과 169

표 7.16. Tire5의 구조해석 결과 170

표 7.17. Tire6의 구조해석 결과 171

표 7.18. Tire7의 구조해석 결과 172

표 7.19. Tire8의 구조해석 결과 173

표 7.20. 구조해석 결과 : 전체 Max Range 비교 174

표 7.21. 실험대상 노면의 종류와 노면별 노면링 조합 방법 178

표 7.22. 3×3×19 노면의 실내시험기 분석 결과 180

표 7.23. 3×3×12 노면의 실내시험기 분석 결과 180

표 7.24. 3×3×16 노면의 실내시험기 분석 결과 181

표 7.25. 4×4×14 노면의 실내시험기 분석 결과 181

표 7.26. 2×3×19 노면의 실내시험기 분석 결과 182

표 7.27. 2×3×16 노면의 실내시험기 분석 결과 182

표 7.28. 3×3×25 노면의 실내시험기 분석 결과 183

표 7.29. 3×3×19R 노면의 실내시험기 분석 결과 183

표 7.30. 3×3×Random 노면의 실내시험기 분석 결과 184

표 7.31. 실내시험기 실험 결과 : 전체 횡방향 떨림 발생 가능률 비교 186

표 7.32. 패널조사 전체 결과 187

표 7.33. 가속도 평가 전체 결과 188

표 7.34. 구조해석 전체 결과 189

표 7.35. 실내 주행성 평가시험 전체 결과 189

표 7.36. 노면규격별 최종 결과 비교 190

표 8.1. 고속도로 건설 중인 현장 내역 191

표 8.2. 시험시공 구간 및 시공규격 192

표 8.3. 노면 시공 장비 193

표 8.4. 구간별 시공 계획 194

표 8.5. 현장조사 대상 차량 및 타이어 200

표 8.6. 소음측정을 위한 마이크로폰 제원 202

표 8.7. 가속도 측정 결과 203

표 8.8. 노면 및 차량별 평균 소음 결과 205

표 8.9. 운행차 소음 허용 기준(소음 진동 관리법 시행령 제 8조) 206

표 9.1. 종방향 타이닝 최적 규격안 209

표 9.2. 횡방향 떨림 허용기준안 산정을 위한 최종 매개변수 210

그림 1.1. 도로 및 포장분야 설문 결과 20

그림 1.2. 종방향 타이닝 규격 21

그림 2.1. 표면의 특성에 따른 포장의 공용성에 미치는 인자 24

그림 2.2. 타이어/포장 소음 및 진동 원 24

그림 2.3. 패턴 소음에 대한 주파수 변조(원문불량) 25

그림 2.4. 헬름홀츠 공명기 예시 26

그림 2.5. 헬름홀츠 공명원리가 적용된 타이어 예시 27

그림 2.6. 사선형태의 트레드 패턴을 갖는 타이어 예시 28

그림 2.7. 등음곡선(등감곡선) 29

그림 2.8. A, B, C 가중치 곡선 30

그림 2.9. VDI 2065 and ISO2372 Vibration Severity Chart 31

그림 2.10. 차량 진동소음 발생 경로(원문불량) 34

그림 2.11. 차량내부 운전자의 진동인지과정 34

그림 2.12. 주행 승차감에 영향을 주는 인자 35

그림 2.13. 질량에 따른 바운싱 현상 36

그림 2.14. 피칭 발생 모식도 36

그림 2.15. 롤링운동 37

그림 2.16. 진동 가중 함수의 주파수 별 가중치 예(ISO 2631-1) 39

그림 2.17. dB(V) 진동가속도 수직방향 레벨 41

그림 2.18. 타이닝의 구분 43

그림 2.19. 타이닝 시공 방법에 따른 구분 43

그림 2.20. 타이닝 처리공법 43

그림 2.21. 피치 시퀀스 비교 그래프 44

그림 2.22. 골재노출공법 45

그림 2.23. 양각 표면과 음각 표면의 기본 형태 46

그림 2.24. 블레이드 홈 간격 46

그림 2.25. 다이아몬드 그라인딩 47

그림 2.26. 버랩 끌기 48

그림 2.27. 블러슁 48

그림 2.28 다이아몬드 그루빙(원문불량)(목차참고 구축) 50

그림 2.29. 숏 블라스터(원문불량)(목차참고 구축) 50

그림 2.30. OBSI로 측정된 평균 ㏈ 값 51

그림 2.31. 평균 Skid Number at 60mph 52

그림 2.32. 평균 IRI 53

그림 2.33. NGCS 시공 노면조직 상태(폭 19mm, 깊이 6.35mm) 54

그림 2.34. 멀티 그루브 패턴의 예시 55

그림 2.35. 비대칭 트레드 패턴형성의 예시 56

그림 2.36. 프로파일로미터 60

그림 2.37. 프로파 측정 60

그림 2.38. 일본 시멘트 협회 연구에 적용된 4단계 노면조직 60

그림 2.39. 그루브 피치간격 61

그림 2.40. 포장체와 타이어 트레드와의 slip-stick 모션 65

그림 2.41. 포장체와 타이어 트레드와의 stick-snap 모션 65

그림 2.42. 타이어 그루브와 그루빙 홈 상대위치에 따른 반력 67

그림 2.43. 그루브 원더링에 대한 승차감 예측(직선패턴) 67

그림 2.44. 그루브 원더링에 대한 승차감 예측(지그재그 또는 블록패턴) 67

그림 2.45. Swiping and crushing에 따른 전단응력 68

그림 2.46. 타이어의 트레드에 따른 횡방향 전단응력분포 69

그림 2.47. 전단응력의 실측치와 모델링 예측치 69

그림 2.48. 타이어 평탄면에서의 전단력분포 70

그림 2.49. 타이닝 홈에서의 전단력 분포 70

그림 2.50. 타이닝 홈에 따른 승차감 예측 71

그림 2.51. 로드 프로파일에서 추출한 노면 거칠기 파라메타 71

그림 2.52. 도로의 평균 거칠기 높이 hd가 트레드 진동에 미치는 영향 72

그림 2.53. 도로의 평균 거칠기 높이 hA가 트레드 진동에 미치는 영향 72

그림 2.54. 노면 거칠기 변화에 따른 타이어 트레드 고무의 변형 73

그림 2.55. 도로의 평균 거칠기 높이 χA 트레드 진동에 미치는 영향 73

그림 2.56. 도로의 평균 거칠기 높이 rA가 트레드 진동에 미치는 영향 74

그림 2.57. 서로 다른 평탄성 파라메타를 갖는 두 포장의 타이어/노면 소음 75

그림 2.58. DASYLab 실행 화면 75

그림 3.1. 콘크리트 포장 거친면 마무리 종류 76

그림 3.2. 종방향 타이닝 시공불량 유형 78

그림 3.3. 종방향 타이닝 규격 79

그림 3.4. 터널 내 NGCS 시공 규격 79

그림 3.5. 타이어 트레드 구성도 82

그림 3.6. 포장과 차량부분 영향인자 83

그림 3.7. 타이어 트레드홈과 노면 그루브와의 일치 도표 84

그림 3.8. 탑승자 주관적 평가와 맞물림 홈 개수와의 상관성 분석 85

그림 3.9. 횡방향 응력 발생 개요도 86

그림 3.10. 노면 타이닝 홈에 의해 발생하는 횡방향 힘 모식도 86

그림 4.1. 인체 부위에 따른 공진 주파수 89

그림 4.2. 가속도의 방향 정의 90

그림 4.3. 가속도 센서 설치 위치 91

그림 4.4. 가속도 데이터 수집 결과 92

그림 4.5. 차량 내 탑재된 가속도 데이터의 수집 방향 93

그림 4.6. 조사시스템 구성도 94

그림 4.7. 노선별 횡방향 떨림 민원 발생 건수(그래프 체인지) 100

그림 4.8. 상주~영덕선 현장조사 구간 사진 101

그림 4.9. 평택~제천선 현장조사 구간 사진 102

그림 4.10. 여주~양평선 현장조사 구간 사진 103

그림 4.11. 현장 시험을 위한 차량 내 시스템 설치 104

그림 4.12. 현장 조사 구간별 위치도 105

그림 4.13. 현장조사 측정 화면 106

그림 4.14. 유한요소 해석을 통한 타이어 성능 예측 107

그림 4.15. 타이어 내부 구조 108

그림 4.16. 타이어 외곽 프로파일 측정 108

그림 4.17. 타이어 조각 샘플 109

그림 4.18. 레이아웃 생성 109

그림 4.19. 2차원 유한요소해석모델 생성 109

그림 4.20. 3차원 유한요소해석 모델 생성 110

그림 4.21. 노면조직 생성 110

그림 4.22. 차륜하중 재하 110

그림 4.23. 림 위치 고정 111

그림 4.24. 타이어압 주입 111

그림 4.25. 타이어/노면 재위치 111

그림 4.26. 타이어 축하중 재하 112

그림 4.27. 구조해석 대상 타이어 제원 112

그림 5.1. 구조해석 진행 과정 114

그림 5.2. 구조해석 결과(4×4×14, NGCS) 115

그림 5.3. 구조해석 결과(2×3×19, 종방향 타이닝) 115

그림 5.4. 구조해석 결과(2×3×16, 종방향 타이닝) 116

그림 5.5. 구조해석 결과(3×3×16, 종방향 타이닝) 116

그림 5.6. 구조해석 결과(3×3×19, 종방향 타이닝) 117

그림 5.7. Case 1~5에 대한 구조해석 결과 비교 117

그림 5.8. 구조해석 결과(3×3×랜덤, 종방향 타이닝) 118

그림 5.9. 타이어와 노면의 접촉 시 발생하는 모멘트 119

그림 5.10. 타이어와 노면의 접촉 시 발생하는 접촉전단응력 119

그림 5.11. 주행조건별 가속도 진폭 비교 121

그림 5.12. 필터링 과정 122

그림 5.13. 필터링을 거친 3축 데이터를 겹친 모습 122

그림 5.14. 데이터 형태에 따른 횡방향 떨림 여부 판정 예시 123

그림 5.15. 횡방향 떨림 판정 프로세스 124

그림 5.16. 매개변수에 따른 결정계수 변화 예시 125

그림 5.17. 횡방향 떨림 발생량 산정 프로그램 및 구동화면 125

그림 5.18. 전체 데이터에 대한 가속도 분석 결과와 패널 조사 결과 비교 126

그림 5.19. 공용노선 구간 데이터에 대한 가속도 분석 결과와 패널 조사 결과 비교 127

그림 5.20. 시험시공 구간 데이터에 대한 가속도 분석 결과와 패널 조사 결과 비교 128

그림 5.21. 음성충주(3×3×19) 구간 시공규격 실측 132

그림 6.1. 마찰력 시험장비(Aalto University) 133

그림 6.2. 마찰력 시험장비(Vienna University) 133

그림 6.3. 마찰력 테스트 실험 장비 134

그림 6.4. 타이어 패턴 134

그림 6.5. 선형 마찰력 시험장비(LFT) 135

그림 6.6. 마찰력 시험트랙 135

그림 6.7. 하중 및 모멘트 시험장비(Smithers Rapra) 136

그림 6.8. 타이어 성능시험기(Calspan) 136

그림 6.9. 벨트방식 타이어 시험기(A&D Technology) 136

그림 6.10. Flat-Track 타이어 시험장비(MTS) 137

그림 6.11. Flat-Track 타이어 시험장면(MTS) 137

그림 6.12. 타이어 내구성 시험기(한국타이어) 138

그림 6.13. 승용차 타이어 내구성 시험장비(Smithers Rapra) 139

그림 6.14. 타이어 트레드 마모 시뮬레이션 시스템(MTS) 139

그림 6.15. 동작조정 시스템(MTS) 139

그림 6.16. 타이어 구름마찰저항 측정장비(MTS) 140

그림 6.17. 회전 토그 측정 셀(MTS) 140

그림 6.18. 주행성 평가 적용 차량 전륜 축 143

그림 6.19. 차축 수직/수평 이동장치 143

그림 6.20. 벨트 표면 종방향 그루브 모사 예 144

그림 6.21. 플랫 벨트 방식 주행성 평가 시작품 설계안 144

그림 6.22. 드럼 구동 방식 차축 고정프레임 145

그림 6.23. 종방향 그루브 모사 예(드럼 구동 방식) 145

그림 6.24. 드럼 방식 주행성 평가 시작품 설계안 146

그림 6.25. 주행성 평가 장비 측정 센서 및 위치 147

그림 6.26. 주행성 평가 실내시험기 최종 설계안(입체도) 148

그림 6.27. 주행성 평가 실내시험기 최종 설계안(전면도) 149

그림 6.28. 주행성 평가 실내시험기 최종 설계안(후면도) 149

그림 6.29. 주행성 평가 실내시험기 최종 설계안(측면도) 149

그림 6.30. 주행성 평가 실내시험기 주요 제작 및 설치과정 150

그림 6.31. 주행성 평가 실내시험기의 구성 151

그림 6.32. 시험기 본체의 주요 구성항목 152

그림 6.33. 주행성 평가 실내시험기의 기타 구성항목 152

그림 6.34. 개발된 시험기를 활용한 주요 시험 장면 153

그림 7.1. 현장조사 대상 차량 156

그림 7.2. 도로 및 차량 조건에 따른 가속도 데이터의 차이 158

그림 7.3. 속초-양양 구간 내 종방향 타이닝 간격 조사 160

그림 7.4. 동일한 타이어에서 차량에 따른 비교 160

그림 7.5. 개선된 NGCS 구간 조사 162

그림 7.6. 전체 현장조사 구간 위치 163

그림 7.7. 전체 노면에 대한 타이어의 Max Range 비교 175

그림 7.8. 전체 타이어에 대한 노면의 Max Range 비교 175

그림 7.9. 단일 케이스 실험 과정 177

그림 7.10. 실험대상 타이어 종류 178

그림 7.11. 단계별 측정으로 취득한 데이터 예시 179

그림 8.1. 한국도로공사 시험도로 단면도 192

그림 8.2. 강섬유 콘크리트가 시공되어 있는 시험도로 구간 192

그림 8.3. 시험도로 시험시공 구간 개요 193

그림 8.4. 기존 콘크리트면 타이닝 제거(PC 6000) 194

그림 8.5. 다이아몬드 그라인딩 시공 195

그림 8.6. 다이아몬드 그라인딩 시공 후 노면 상태 195

그림 8.7. 종방향 타이닝 시공 196

그림 8.8. 3×3×12㎜ 규격 종방향 타이닝 시공 196

그림 8.9. 타이닝 홈 파손(12㎜ 구간) 197

그림 8.10. 3×3×16㎜ 규격 종방향 타이닝 시공 197

그림 8.11. 시험시공 후 폐기물 처리를 위한 폐토장 설치 198

그림 8.12. 시험시공 구간 현장조사 측정 시스템 198

그림 8.13. 시험시공 구간 현장조사 적용 차량군 199

그림 8.14. 현장조사 구간 안내 현수막 설치 200

그림 8.15. 대상 타이어 교체 201

그림 8.16. 현장조사 측정 화면 201

그림 8.17. 마이크로폰 설치 기준(좌)과 실제 차량 설치 모습(우) 201

그림 8.18. 시험시공 구간에서 차량별 데이터 파형 비교 202

그림 8.19. 시험시공 구간 노면 상태 분석 204

그림 8.20. 3×3×12㎜ 규격 노면에서의 차량별 평균 소음 비교 205

그림 8.21. 3×3×16㎜ 규격 노면에서의 차량별 평균 소음 비교 205